Blog

Jun 01, 2023

Entwurf und Bau eines Leistungstestfeldes für horizontale Kreiselpumpen

Kreiselpumpen sind eine unverzichtbare Technologie zur Förderung von Flüssigkeiten für zahlreiche Anwendungen in allen Branchen. Voraussetzung ist die Fähigkeit, die Leistung, Effizienz und Zuverlässigkeit von Pumpen zu validieren

Kreiselpumpen sind eine unverzichtbare Technologie zur Förderung von Flüssigkeiten für zahlreiche Anwendungen in allen Branchen. Die Fähigkeit, die Leistung, Effizienz und Zuverlässigkeit von Pumpen zu validieren, ist eine Anforderung vieler veröffentlichter Standards, wie etwa des American Petroleum Institute (API) 610 und der Beschaffungsspezifikationen für neue Geräte. Der Bedarf an Leistungstestfeldern (PTF) zur Unterstützung des Ersatzteilmarktes ist in den letzten Jahren gestiegen, da Gerätebetreiber versuchen, die Lebensdauer bestehender Geräte zu verlängern oder die Leistung zu verbessern. Die Verfügbarkeit dieser Einrichtungen zur Unterstützung dieser Prozessverbesserungen ist begrenzt. Kürzlich wurde in Texas ein neues Servicezentrum gebaut, in dessen Entwurf ein PTF integriert wurde. Dieses PTF war in diesem Servicezentrum von entscheidender Bedeutung, um die Bereitstellung von Reverse Engineering, Nachrüstungen, hydraulischen Upgrades und Drop-in-Ersatzteilen zu unterstützen, die dort entwickelt und hergestellt werden.

Der erste Schritt beim Entwurf eines PTF für Kreiselpumpen besteht darin, die erforderlichen Spezifikationen zu bestimmen, z. B. die Spezifikationen des Hydraulic Institute, und den Pumpentyp, z. B. horizontal oder vertikal. Zu den weiteren Spezifikationen gehören der Durchflussratenbereich, der Druckbereich und die damit verbundene PS-Anforderung. Diese Spezifikationen legen die Größe und den Typ der Pumpe fest, die getestet werden kann. Sobald die Spezifikationen festgelegt sind, beginnt der Designprozess.

Das PTF muss so konzipiert sein, dass es die Bedingungen im Betriebssystem möglichst genau nachbildet. Während das PTF-Layout etwas simpel sein wird, wie in Bild 1 dargestellt, erfordert das Design viele verschiedene Ingenieurdisziplinen, von Mechanik, Elektrik und Bauwesen bis hin zu Instrumentierung und Steuerungslogik. Bei Rohrleitungssystemen müssen nicht nur Durchflussregelventile berücksichtigt werden, sondern auch Absperrventile, gerade Leitungen für Durchflussmesser, Sammelrohrhalterungen, Hochpunktentlüftungen, Tiefpunktabläufe usw. Die Position der Instrumente zur Erfassung von Druck und Temperatur sowie die Verlegung müssen berücksichtigt werden Die Datenkabel zur zentralen Leitwarte und zum Datenlogger müssen sauber und frei von Signalstörungen sein.

Das Fundamentsystem muss so ausgelegt sein, dass es die Pumpenvibrationen genau messen kann. Ein stabiles Fundament, das auf einem Standort mit geeigneter Hinterfüllung verlegt und von der Umgebung isoliert wird, ist von entscheidender Bedeutung. Um die Antriebe und Pumpen an die richtigen Standorte zu bringen, sind die Krankapazität und/oder der Zugang zu Gabelstaplern von entscheidender Bedeutung.

Das Design des elektrischen Systems muss über die entsprechende Spannung und Amperebelastung verfügen, um die erforderlichen Motoren anzutreiben. Ältere PTFs verwendeten typischerweise eine Flotte von Motoren und Getrieben, um die Abdeckung der großen Bandbreite an Pumpenbetriebsgeschwindigkeiten zu ermöglichen. Moderne PTFs nutzen Frequenzumrichter (VFDs), um die Anzahl der Motoren zu reduzieren, wodurch Getriebe überflüssig werden und die Zykluszeit für den Austausch der getesteten Pumpen verkürzt wird. Der Entwurf eines modernen PTF von Grund auf erleichtert die Möglichkeit, das elektrische Antriebssystem auf eine höhere Kapazität zu dimensionieren, wohingegen ältere Anlagen gezwungen sind, einen Test mit reduzierter Geschwindigkeit durchzuführen oder einfach keinen Test durchführen können. Während einige Industriestandards Tests mit reduzierter Drehzahl zulassen, ist die Möglichkeit, die Pumpe im tatsächlichen Betriebsbetriebspunkt und bei Umdrehungen pro Minute (U/min) zu testen, die bevorzugte Methode.

Alle diese Designelemente müssen zusammengeführt werden, um das physische Layout der PTF-Anlage festzulegen. Während die PTF-Schleife selbst simpel ist, werden Benutzer erkennen, dass die Gegenprüfung des Entwurfs mit allen technischen Disziplinen eine wichtige und zwingende Aufgabe ist. Ein Fehltritt oder ein Versehen bei der Planung kann zu erheblichen Bauverzögerungen und Budgetüberschreitungen führen.

Aufbau des Leistungstestfeldes

Sobald der Entwurf abgeschlossen ist, kann das PTF erstellt werden. Um über ein modernes PTF zu verfügen, muss besonderes Augenmerk auf das Standortfundament gelegt werden, um die Qualität der Testergebnisse sicherzustellen. Das oben genannte Servicezentrum wurde zunächst vorbereitet, indem das Gelände von Vegetation und oberflächlichem Boden befreit wurde. Anschließend wurde die Stelle mit einer pneumatischen Walze kontrolliert, um verbleibende Schwachstellen zu erkennen. Nachdem die schwachen Bereiche entfernt worden waren, wurde das Gelände mit ordnungsgemäß ausgeführter Kompression und Nivellierung bis zum Grad der Planungsvorgabe verfüllt.

Anschließend wurden alle unterirdischen mechanischen, elektrischen und Rohrleitungen verlegt und auf Lecks geprüft. Die gebäudetauglichen Träger und Stützenfüße wurden ausgehoben und der gesamte Bewehrungsstahl wurde angebracht. Spezialfundamente wurden abgetrennt und die Masterformen platziert. Anschließend wurde alles für den Betonguss vorbereitet.

Der Entwurf umfasste zwei Maschinentische aus Stahl, die jeweils in den Gusstaschen des isolierten Fundaments untergebracht waren. Die Maschinentische verfügten über „T“-Nuten zur Montage der Motoren und Pumpen. Die Tische wurden nivelliert und an Ort und Stelle verfugt. Die Bilder 3 und 4 zeigen die Tische, die in ihren Betontaschen aufgestellt werden.

Auch die VFD-Technologie wurde in das Design einbezogen. Um die Netzspannung aufzunehmen und an den 4.160 Volt (V) oder den 480 V-Transformator weiterleiten zu können, musste eine Hauptschaltanlage installiert werden. Dann wurde die elektrische Einspeisung vom 4.160-V-Transformator in den VFD mit einer Leistung von 5.000 PS (links in Bild 5) geleitet. Der 480-V-Transformator wurde in den VFD mit einer Leistung von 1.000 PS (rechts) geleitet.

Ein Triebwagen wurde zur Wasserspeicherung umfunktioniert, und die Rohrleitungen zum und vom Triebwagen waren 24 Zoll lang. Auch hier muss ein Fundamentsystem entworfen und gegossen werden, um den Lagertank zu tragen. Die Saug- und Druckverteiler wurden in verschiedenen Größen entworfen und konstruiert, um unterschiedliche Durchflussanforderungen zu erfüllen. Auf der Saugseite wurde ein „Y“-Sieb verwendet, um die Pumpe vor möglichen Schäden durch Fremdkörper zu schützen, und ein flexibles Edelstahlrohr wurde verwendet, um die geraden Saug- und Druckleitungen vor und nach der Pumpe anzuschließen.

Das Entwerfen und Bauen eines PTF für Kreiselpumpen ist ein komplexer Prozess, der sorgfältige Planung und Liebe zum Detail erfordert. Ein gutes Projektmanagement hilft Benutzern, das PTF erfolgreich abzuschließen und Hindernisse auf dem Weg zu erkennen. Das Starten und Testen des PTF-Systems ist ebenfalls wichtig, um sicherzustellen, dass es nach Abschluss der Bauarbeiten ordnungsgemäß innerhalb der ursprünglichen Designspezifikationen funktioniert. Durch Befolgen dieser Schritte kann ein zuverlässiges und effizientes PTF erreicht werden.

Richard E. Martinez ist Präsident von KSB SupremeServ by Standard Alloys Incorporated, einem KSB-Unternehmen. 1989 wechselte er als technischer Leiter zu Standard Alloys. Im Jahr 2005 wurde er zum Vice President of Operations ernannt und übernahm 2012 seine jetzige Position. Er kann unter [email protected] erreicht werden. Weitere Informationen finden Sie unter ksb.com.